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鋼鐵材料及其用途24.1碳鋼與合金鋼鋼：是指以鐵為主要元素，碳的質量分數Wc≤2.11%并含有少量硅、錳、磷、硫等雜質元素的鐵碳合金。根據國家標準GB/T13304－1991規定，鋼按化學成分分為非合金鋼、合金鋼二類。非合金鋼(碳素鋼)：是指Wc≤2.11%，并含少量硅、錳、磷、硫等雜質元素的鐵碳合金。碳素鋼具有一定的力學性能和良好的工藝性能，且價格低廉。合金鋼：為了改善碳素鋼的組織和性能，在碳素鋼基礎上有目的地加入一種或幾種合金元素所形成的鐵基合金，稱為低合金鋼或合金鋼。3(1)碳素鋼的特點：冶煉加工容易成本低，應用廣回火穩定性差淬透性差基本相強度低，韌性差不能滿足特殊性能要求(2)合金鋼的特點：冶煉加工困難成本高回火穩定性高淬透性高基本相強度高，韌性好能滿足特殊性能要求碳素鋼與合金鋼的比較45一、鋼的分類與編號1、鋼的分類方法中華人民共和國國家標準“鋼分類”(GB/T13304－1999)參照采用國際標準，對鋼的分類做出了具體的規定。第一、規定了按照化學成分對鋼進行分類的基本原則，將鋼分為非合金鋼、合金鋼二大類，并且規定了非合金鋼、合金鋼中合金元素的含量的基本界限值。第二、規定了非合金鋼、合金鋼按主要質量等級、主要性能及使用特性分類的基本原則和要求。常用的分類方法有：按冶金方法分類、按化學成分分類、按冶金質量分類、按金相組織分類、按使用加工方法和按用途分類。6(1)按冶金方法分類根據冶煉方法和冶煉設備的不同，鋼可以分為電爐鋼、平爐鋼和轉爐鋼三大類。按爐襯材料的不同每大類又可分為堿性和酸性兩類。電爐鋼還可以分為電弧爐鋼、感應爐鋼、真空感應爐鋼和電渣爐鋼等。轉爐鋼還可以分為底吹、側吹、頂吹和純氧吹煉等轉爐鋼。按脫氧程度和澆注制度的不同可分為沸騰鋼、半鎮靜鋼、鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼。沸騰鋼為脫氧不完全的鋼，在冶煉后期鋼中不加脫氧劑（如硅、鋁等），澆注時鋼液在鋼錠模內產生沸騰現象（氣體逸出）。優點是鋼的收得率高，生產成本低，表面質量和深沖性能好。缺點是鋼的雜質多，成分偏析較大，因而性能不均勻。7鎮靜鋼是完全脫氧的鋼，澆注時鋼液鎮靜不沸騰。鋼的組織致密，偏析小，質量均勻。半鎮靜鋼是脫氧較完全的鋼。脫氧程度介于沸騰鋼和鎮靜鋼之間，澆注時有沸騰現象，但與沸騰鋼相比較，沸騰現象較弱。這類鋼具有沸騰鋼和鎮靜鋼某些優點。平爐鋼轉爐鋼電爐鋼按爐別分沸騰鋼鎮靜鋼半鎮靜鋼特殊鎮靜鋼按脫氧程度分8平爐轉爐電弧爐9(2)按化學成分分類根據國家標準GB/T13304－91，按照化學成分分類可以把鋼分為非合金鋼、合金鋼。非合金鋼是鐵-碳合金，其中含有少量有害雜質元素（如硫、磷等）和在脫氧過程中引進的一些元素（如硅、錳等）。非合金鋼有兩類：碳素結構鋼和高級碳素結構鋼。合金鋼是為了改善鋼的某些性能而特意加入一定量合金元素的鋼。根據鋼中合金元素的含量可分為低合金鋼、中合金負和高合金鋼。根據鋼中所含合金元素，合金鋼又可分為錳鋼、鉻鋼、硅錳鋼、鉻錳鋼、鉻錳鉬鋼等很多類。10低碳鋼Wc≤0.25%C中碳鋼Wc=0.25~0.60%C高碳鋼Wc>0.60%C低合金鋼Wme<5%中合金鋼Wme=5~10%高合金鋼Wme

>10%碳素鋼合金鋼碳素鋼合金鋼11(3)按冶金質量分類按冶金質量分類鋼可以分為普通質量鋼、優質鋼、高級優質鋼和特級優質鋼。鋼的質量是以硫、磷的含量來劃分的。根據現行標準，各質量等級鋼的硫、磷含量如下：鋼類碳素鋼合金鋼SPSP普通質量鋼≤0.050≤0.045≤0.045≤0.045優質鋼≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高級優質鋼≤0.020≤0.030≤0.025≤0.025特級優質鋼≤0.015≤0.025≤0.015≤0.02512(4)按金相組織分類按鋼的金相組織分類可分為鐵素體型、奧氏體型、珠光體型、馬氏體型、貝氏體型、雙相（如馬氏體/鐵素體）類型等。

鐵素體鋼奧氏體鋼珠光體鋼馬氏體鋼貝氏體鋼馬氏體/鐵素體鋼按正火組織分亞共析鋼共析鋼過共析鋼按退火組織分13(5)按使用加工方法分類按照在鋼材使用時的制造加工方式可以將鋼分為壓力加工用鋼、切削加工用鋼和冷頂鍛用鋼。壓力加工用鋼：是供用戶經塑性變形制作零件和產品用的鋼。按加工前鋼是否經過加熱，又分為熱壓力加工用鋼和冷壓力加工用鋼。切削加工用鋼：是供切削機床(如車、銑、刨、磨等)在常溫下切削加工成零件用的鋼。冷頂鍛用鋼：是將鋼材在常溫下進行鍛造，做成零件或零件毛坯，如鉚釘、螺栓及帶凸緣的毛坯等，這種鋼也稱為冷鍛鋼。14熱壓力加工用鋼冷壓力加工用鋼壓力加工用鋼切削加工用鋼冷頂鍛用鋼15(6)按用途分類按照用途不同可以把鋼分為結構鋼、工具鋼和特殊性能鋼三大類。工程用鋼建筑、橋梁、船舶、車輛滲碳鋼調質鋼彈簧鋼滾動軸承鋼耐磨鋼機器用鋼結構鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工具鋼不銹鋼耐熱鋼特殊性能鋼162、鋼的編號我國現行有兩種鋼鐵產品牌號表示方法，即“鋼鐵產品牌號表示法(GB/T221-2000)”和“鋼鐵及合金牌號統一數字代號體系(GB/T17616-1998)”，這兩種表示方法在現行國家標準和行業標準中并列使用，兩者均有效。產品牌號的表示一般采用漢語拼音字母、化學元素符號和阿拉伯數字相結合的形式表示。采用漢語拼音字母表示產品名稱、用途、特性和工藝方法時，一般情況下從代表產品名稱的漢字的漢語拼音中選取第一個字母。當這樣選取的字母與另一個產品所取的字母重復時，改取第二個字母或第三個字母，或同時選取兩個漢字的第一個拼音字母。17常用鋼產品的名稱、用途、特性和工藝方法表示符號（GB/T221—2000）名稱符號位置名稱符號位置碳素結構鋼Q頭橋梁用鋼q尾低合金高強度鋼Q頭鍋爐用鋼g尾易切削鋼Y頭焊接氣瓶用鋼HP尾碳素工具鋼T頭車輛車軸用鋼LZ頭(滾珠)軸承鋼G頭機車車軸用鋼JZ頭焊接用鋼H頭沸騰鋼F尾鉚螺鋼ML頭半鎮靜鋼b尾船用鋼國際符號鎮靜鋼Z尾汽車大梁用鋼L尾特殊鎮靜鋼TZ尾壓力容器用鋼R尾質量等級A.B.C.D.E尾18(1)碳素結構鋼Q+屈服點數值+質量等級符號+脫氧方法符號說明：Q表示“屈服強度”，單位是MPa。質量等級符號為A、B、C、D、E。由A到E，其S、P含量依次下降，質量提高。脫氧方法符號：沸騰鋼－F，半鎮靜鋼－b，鎮靜鋼－Z，特殊鎮靜鋼－TZ。在碳素結構鋼的牌號組成中，表示鎮靜鋼的符號"Z"和表示特殊鎮靜鋼的符號"TZ"可以省略例如，碳素結構鋼牌號表示為Q235AF、Q235BZ。19齒輪加工方鋼(2)優質碳素結構鋼牌號用兩位數字表示。這兩位數字表示鋼平均含碳量的萬分之幾。如45鋼——平均含碳量為萬分之四十五（即0.45%C）的優質碳素結構鋼。20說明：較高錳含量(0.90~1.20%Mn)的優質碳素結構鋼，在表示平均含碳量的阿拉伯數字后面加上化學元素Mn符號，例如，65Mn即是平均含碳量為0.65%C、含錳量為0.90~1.20%Mn的優質碳素結構鋼。優質碳素結構鋼按冶金質量分為優質鋼、高級優質鋼和特級優質鋼。高級優質鋼在牌號后面加A；特級優質鋼加E；優質鋼在牌號上不另外加符號。例如，平均含碳量為0.20%C的高級優質碳素結構鋼的牌號表示為20A。質量等級間的區別在于硫、磷含量的高低。鎮靜鋼一般不另外標符號，例如：平均含碳量為0.45%C的優質碳素結構鋼鎮靜鋼，其牌號表示為45。21(3)低合金高強度結構鋼Q+屈服點數值+質量等級符號說明：低合金高強度結構鋼的脫氧方法分為鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼，在牌號的組成中省略脫氧方法符號。例如，Q390A、Q420E。低合金高強度結構鋼的牌號也可以采用兩位阿拉伯數字和化學元素符號表示，例如16Mn。專用低合金高強度結構鋼的牌號通常也可以采用阿拉伯數字（用二位阿拉伯數字表示平均含碳量，以萬分之幾計）、化學元素符號以及產品用途符號表示。例如：壓力容器用鋼16MnR。22(4)合金結構鋼兩位數字(表示平均含碳量的萬分之幾)+合金元素符號+該元素百分含量數字合金元素含量表示方法為：當合金元素平均含量低于1.5%時，牌號中僅標明元素，一般不標明含量；當合金元素的平均含量為1.50~2.49%、2.50~3.49%、3.50~4.49%、4.50~5.49%、……時，在相應的合金元素符號后標2、3、4、5……等數字。例如：平均含量分別為0.35%C、1.25%Cr、0.95%Mn、1.25%Si的合金結構鋼，其牌號表示為35CrMnSi；平均含量分別為0.12%C、0.75%Cr、2.95%Ni的合金結構鋼，牌號表示為12CrNi3。23合金結構鋼均為鎮靜鋼，表示脫氧方法的符號Z予以省略。合金結構鋼按冶金質量的不同分為優質鋼、高級優質鋼和特級優質鋼。高級優質鋼在牌號后面加A；特級優質鋼加E；優質鋼在牌號上不另外加符號。不銹鋼制管板式換熱器24(5)彈簧鋼按照化學成分，彈簧鋼可分為優質碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼。

優質碳素彈簧鋼是含碳量在0.6~0.9%C范圍內的優質碳素結構鋼。牌號的表示方法與優質碳素結構鋼相同。

合金彈簧鋼牌號的表示方法與合金結構鋼相同。例如，平均含量分別為0.60%C、1.75%Si、0.75%Mn的彈簧鋼，其牌號表示為60Si2Mn。高級優質彈簧鋼在牌號尾部加符號A，例如，60Si2MnA。25彈簧鋼26(6)工具鋼①碳素工具鋼T+數字+化學符號T表示“碳素工具鋼”；數字表示平均含碳量千分之幾計。普通含錳量(不高于0.40%Mn)的碳素工具鋼的牌號是由T和其后的阿拉伯數字組成。例，平均含碳量為0.10%C的碳素工具鋼其牌號為T10。較高含錳量(0.40~0.60%Mn)的碳素工具鋼的牌號，在T和阿拉伯數字后加錳元素符號。例如，平均含量0.8%C、0.40~0.60%Mn的碳素工具鋼的牌號表示為T8Mn。高級優質碳素工具鋼，在牌號尾部加符號A。例如平均含量1.0%C的高級優質碳素工具鋼的牌號表示為T10A。27②合金工具鋼含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……合金元素符號的表示方法與合金結構鋼相同。當含碳量小于1.00%時，采用一位阿拉伯數字表示含碳量（以千分之幾計）；當平均碳含量大于1.00%時，一般不標出平均含碳量。例如，平均含量為0.88%C、1.50%Cr的合金工具鋼，其牌號表示為9Cr2；平均含量為1.58%C、11.75%Cr、0.50%Mo、0.23%V的合金工具鋼，其牌號表示為Cr12MoV。低鉻合金工具鋼(平均含鉻量小于1%)在含鉻量(以千分之幾計)前加數字0。例如，平均含鉻量小于0.6%的合金工具鋼，其牌號為Cr06。28絲錐銼刀銑刀29(7)高速工具鋼高速工具鋼牌號表示方法與合金結構鋼的相同，采用合金元素符號+阿拉伯數字表示。高速工具鋼所有牌號都是高碳鋼(含碳量不小于0.7%C)，故不用標明含碳量數字。阿拉伯數字僅表示合金元素的平均含量，若合金元素含量小于1.5%，牌號中僅標明元素，不標出含量。例如，平均含量為0.85%C、6.00%W、5.00%Mo、4.00%Cr、2.00%V的高速工具鋼，其牌號表示為W6Mo5Cr4V2。30高速工具鋼銑刀31(8)軸承鋼G+Cr+鉻含量(不標含碳量)“G”表示“滾動軸承鋼”，鉻含量以千分之一為單位。如“GCr15”的平均含鉻量為1.5%Cr。滲碳軸承鋼牌號的表示方法與合金結構鋼相同，僅在牌號頭部加字母“G”，如“G20CrNiMo”。32渦輪葉片(9)不銹鋼和耐熱鋼含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……含碳量以千分之一為單位。含碳量的表示方法為：①當平均含碳量≥1.00%C時，用兩位數字表示，如11Cr17(平均含碳量為1.10%)33汽輪機葉片②當0.1%C≤平均含碳量<1.0%C時，用一位數字表示，如2Cr13(平均含碳量為0.20%)。③當0.03%C<含碳量上限<0.1%C時，以“0”表示，如0Cr18Ni9(含碳量上限為0.08%)。④當0.01%C<含碳量上限≤0.03%C時(超低碳)，以“03”表示，如03Cr19Ni10(含碳量上限為0.03%)。⑤當含碳量上限≤0.01%C時(極低碳)，以“01”表示，如01Cr19Ni11(含碳量上限為0.01%)。34不銹鋼法蘭不銹鋼型材珠光體耐熱鋼含碳量的標注同結構鋼。如15CrMo注：舊標準含碳量表示方法為：當含碳量≤0.08%C時，以“0”表示，如0Cr18當含碳量≤0.03%C時，以“00”表示，如00Cr18Ni1035鑄鋼件2噸大齒輪鑄件(10)鑄鋼ZG+兩位數字ZG表示“鑄鋼”；兩位數字表示平均含碳量的萬分之幾，如ZG25。36碳素鋼編號方法37合金鋼編號方法低合金高強度結構鋼都是鎮靜鋼或特殊鎮靜鋼，其牌號中沒有表示脫氧方法的符號。我國合金鋼編號的原則是以鋼中碳含量(Wc×100)、合金元素的種類和含量(WMe×100)來表示。當鋼中合金元素的平均含量WMe<1.5%時，鋼號中只標出元素符號，不標明合金元素平均含量；當WMe≥1.5%，在該元素后面相應的標出2；WMe≥

2.5%，在該元素后面相應的標出3；WMe≥

3.5%，在該元素后面相應的標出4；說明：通常情況下，屈服強度值小300MPa時為碳素結構鋼，大于300MPa時為低合金高強度鋼。38合金鋼的編號方法39二、雜質元素對鋼性能的影響鋼中基本元素為：Fe、C雜質元素主要有：Si、Mn、S、P1、錳(Mn)的影響錳是由煉鐵原料鐵礦石及煉鋼時加脫氧劑(錳鐵)中帶入的，非合金鋼中錳的質量分數一般為0.25~0.80%Mn。錳的脫氧能力較好，能清除鋼中的FeO，降低鋼的脆性，與硫化合生成MnS，可以減輕硫的有害作用。錳還能溶于鐵素體形成置換固溶體，產生固溶強化，提高鋼的強度和硬度。錳在鋼中是一種有益元素。錳鐵402、硅(Si)的影響硅是由煉鐵原料鐵礦石及煉鋼時加脫氧劑(硅鐵)中帶入的，非合金鋼中硅的質量分數一般約為0.10~0.40%Si。硅的脫氧能力比錳強，與鋼液中的FeO生成爐渣，清除FeO對鋼質量的不良影響；能溶于鐵素體中產生固溶強化，提高鋼的強度和硬度；硅在鋼中也是一種有益元素。

硅鐵單晶硅413、硫(S)的影響硫是在煉鐵時由礦石和燃料帶進的，Fe在固態時幾乎不溶，液態時溶解大量的S，凝固時FeS與Fe形成低熔點共晶體(熔點為985℃)，分布在奧氏體的晶界上。當鋼在1000~1250℃進行熱加工時，FeS→熔化→導致鋼沿晶界開裂—這種現象叫鋼的“熱脆”。因此，硫在鋼中是一種有害元素，必須嚴格控制在0.045%S以下。硫磺硫磺礦42Mn可消除硫的有害作用，FeS+Mn→Fe+MnS，MnS熔點高(1600℃)。鋼中的MnS夾雜434、磷(P)的影響磷是煉鐵時由礦石帶進的，Fe在固態、液態時都能溶解P，固態時P全部溶入鐵素體中，P能使鐵素體的強度、硬度提高，但使塑性和韌性降低。尤其在低溫下會使鋼的塑性、韌性急劇下降，脆性轉化溫度升高。當Wp=0.3%時鋼室溫下的ak≈0，這種現象叫鋼的“冷脆”。在一般鋼中，磷是有害元素，應嚴格控制在0.045%P以下。磷礦石445、氣體與非金屬夾雜物

氮：室溫下N在鐵素體中溶解度很低，鋼中過飽和N在常溫放置過程中以FeN、Fe4N形式析出使鋼變脆，稱時效脆化。加Ti、V、Al等元素可使N固定，消除時效傾向。

氧：以氧化物的形式存在于鋼中，形成非金屬夾雜物，如SiO2、MnO、Al2O3等，其與基體結合力弱，不易變形，易成為疲勞裂紋源。鋼中TiN夾雜鋼中氧化物夾雜45氫：常溫下氫在鋼中的溶解度也很低。當氫在鋼中以原子態溶解時，降低韌性，引起氫脆。當氫在缺陷處以分子態析出時，會產生很高內壓，形成微裂紋，其內壁為白色，稱白點或發裂。鋼中白點鋼的氫脆斷口466、合金元素在鋼中的作用為了提高鋼的性能，在煉鋼時有意識地向鋼中加入一些合金元素，這樣獲得的鋼稱為合金鋼。鋼中常加合金元素有：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Ti、Nb、Zr、Co、B、Re等。(1)合金元素對鋼力學性能的影響①溶解于鐵素體起固溶強化作用幾乎所有合金元素均能不同程度地溶于鐵素體中形成固溶體。非碳化物形成元素及過剩的碳化物形成元素都溶于鐵素體，形成合金鐵素體。使鋼的強度、硬度提高，但塑性、韌性有所下降。47Si、Mn對強度、硬度提高顯著。Cr、Ni在適當范圍內提高韌性。合金元素對鐵素體硬度及沖擊韌性影響48②形成碳化物，起第二相強化、硬化作用合金元素與碳的親和力從大到小的順序為：

Ti＞

Zr＞

Nb＞

V＞

W＞Mo＞Cr＞Mn＞Fe強碳化物形成元素：Ti、V、Nb等與碳親合力很強，幾乎總是與碳形成特殊碳化物。特殊碳化物的穩定性、熔點、硬度、耐磨性高。中強碳化物形成元素：W、Mo、Cr等，當其含量較少時，多溶于滲碳體中而形成合金滲碳體(Fe，Me)3C；當含量較高時，則可能形成特殊碳化物。弱碳化物形成元素：Mn等與碳的親合力較弱，除少量可溶于滲碳體中形成合金滲碳體外，大部分溶于鐵素體或奧氏體中。49錳對奧氏體相區的影響擴大A相區的元素：Ni、Mn、Co、C、N等使奧氏體區域擴大，使A1、A3點下降，使S點和E點向左下方移動。當Mn>13%或Ni>9%時，S點降到0℃以下，室溫下為單相奧氏體組織，稱奧氏體鋼。(2)對Fe-Fe3C相圖的影響①對奧氏體相區的影響50鉻對奧氏體相區的影響縮小A相區的元素：Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等使奧氏體區域縮小，使A1、A3點上升，使S點和E點向左上方移動。當Cr>13%時，室溫下奧氏體相區消失，即可獲得單相鐵素體組織，稱鐵素體鋼。51②對E點和S點位置的影響所有合金元素均使E點和S點左移，即這兩點的含碳量下降，使碳含量比較低的鋼出現過共析組織（如4Cr13）或共晶組織（如W18Cr4V）。52(3)對鋼中相變過程的影響①對奧氏體化的影響對奧氏體形成速度的影響：大多數合金元素延緩鋼的奧氏體化過程，它們阻礙C和Me的擴散，因此合金鋼的A化溫度較高、時間較長。Ni、Co等部分非碳化物形成元素使奧氏體的形成速度加快。Al、Si、Mn等對奧氏體形成速度影響不大。對奧氏體晶粒長大傾向的影響：幾乎所有合金元素都細化奧氏體晶粒。碳化物形成元素的細化晶粒效果尤其顯著，它們形成的碳化物分布在A中時，能夠阻礙晶界的遷移，從而阻止晶粒長大。Mn、P具有促進奧氏體晶粒長大的傾向。53②對過冷奧氏體轉變的影響對C曲線和淬透性的影響除Co外，凡溶入奧氏體的合金元素都使過冷奧氏體的穩定性增大，使C曲線右移，馬氏體臨界冷卻速度減小，即提高鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素為Mn、Si、Cr、Ni、B。對Ms、Mf點的影響除Co、Al外，所有元素都使Ms、Mf點下降。使合金鋼淬火后的殘余奧氏體量比碳鋼多，這將對零件的淬火質量會產生不利影響。54合金元素對C曲線的影響55淬火碳鋼回火時的硬度變化③對回火轉變的影響提高耐回火性：淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力稱耐回火性。合金元素能阻礙M分解及碳化物的析出與聚集。當回火硬度相同時，合金鋼比同含碳量碳鋼回火溫度高。如果同溫度回火，合金鋼硬度比碳鋼高。56產生二次硬化含高W、Mo、Cr、V元素鋼淬火后，當加熱至500~600℃回火時，直接由馬氏體中析出合金碳化物，這些碳化物顆粒細小，分布彌散及回火冷卻時A’轉變為M回，使硬度不僅不下降，反而升高的現象稱二次硬化。防止第二類回火脆性加W、Mo可防止第二類回火脆性。高速鋼57(4)對焊接性能的影響淬透性良好的合金鋼在焊接時，容易在接頭處出現淬硬組織，使該處脆性增大，容易出現焊接裂紋；焊接時合金元素容易被氧化形成氧化物夾雜，使焊接質量下降。(5)對鍛造性能的影響由于合金元素溶入奧氏體后使變形抗力增加，使塑性變形困難，合金鋼鍛造需要施加更大的壓力噸位；同時合金元素使鋼的導熱性降低、脆性加大，增大了合金鋼鍛造時和鍛后冷卻中出現變形、開裂的傾向，因此合金鋼鍛后一般應控制終鍛溫度和冷卻速度。58三、結構鋼對結構鋼的性能要求為：使用性能以強韌性為主。工藝性能以可焊性、淬透性為主。結構鋼包括工程用鋼和機器零件用鋼。①工程構件用鋼：主要用來制造鋼架，一般鋼板和型鋼用普通碳素鋼和低合金高強度鋼制造。不進行熱處理，在冷軋空冷狀態下使用。59②機器零件用鋼：用來制造各種機器結構中的軸類、齒輪、連桿、彈簧、緊固件等鋼種，包括滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼等。它們大都是用優質碳素鋼和合金結構鋼制造，都要經過熱處理后使用，按照熱處理分為：一般供應或正火狀態下使用的鋼種——碳鋼和碳素易切削鋼。淬火加回火狀態下使用，按照回火溫度分為：高溫回火—調質鋼中溫回火—彈簧鋼低溫回火—滾動軸承鋼和超高強度鋼化學熱處理后使用：滲碳鋼、滲氮鋼高頻淬火用鋼—高、中頻感應加熱淬火后低溫回火使用。601、普通碳素結構鋼化學成分：碳的質量分數較低(Wc=0.06~0.38%C)，硫、磷的質量分數較高(S≤0.055%，P≤0.045%)，滿足一般工程結構及普通零件的性能要求。牌號：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。螺紋鋼圓鋼61特性：具有適當的強度、良好的塑性、韌性、工藝性能和加工性能。熱處理：不進行專門熱處理，熱軋空冷態下使用。使用狀態下組織：F+P

應用：Q195、Q215，通常軋制成薄板、鋼筋供應市場。也可用于制作鉚釘、螺釘、輕負荷的沖壓零件和焊接結構件等；Q235、Q255強度稍高，可制作螺栓、螺母、銷子、吊鉤和不太重要的機械零件以及建筑結構中的螺紋鋼、型鋼、鋼筋等；Q275鋼可部分代替優質碳素結構鋼25、30、35鋼使用。62碳素結構鋼的牌號、化學成分和力學性能表632、低合金高強度結構鋼化學成分這類鋼的成分特點是：低碳、低合金，其Wc<0.20%，常加入的合金元素有Mn、Si、Ti、Nb、V等。含碳量低是為了獲得高的塑性、良好的焊接性和冷變形能力。合金元素Si和Mn主要溶于鐵素體中，起固溶強化作用。Ti、Nb、V等在鋼中形成細小碳化物，起細化晶粒和彌散強化作用，從而提高了鋼的強韌性。特性低合金高強度結構鋼具有較高的強度，良好的塑性、韌性，良好的焊接性、耐蝕性和冷成形性，低的韌脆轉變溫度，適于冷彎和焊接。64牌號：牌號表示方法與碳素結構鋼相同，有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460，其中Q345應用最廣泛。熱處理：大多數熱軋空冷后使用。少數可用正火+高溫回火處理。使用狀態下組織：F+P65用途：Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結構。Q390鋼含V、Ti、Nb，強度高，用于中等壓力的壓力容器。Q460鋼含Mo、B，正火組織為貝氏體，強度高，用于石化中溫高壓容器。66常用低合金高強度結構鋼的牌號、力學性能及用途673、優質碳素結構鋼牌號：08、10、15、20、……、75、80、85化學成分：Wc=0.08~0.85%C，S、P≤0.04%當鋼中含錳量較高(Wmn=0.9~1.2%)時，在兩位數字后面加上符號“Mn”，如65Mn鋼，表示平均0.65%C，并含有較多錳的優質碳素結構鋼(0.9~1.2%Mn)。通常根據含碳量將優質碳素結構鋼分為低碳鋼(<0.25%C)、中碳鋼(0.25~0.60%C)和高碳鋼(>0.60%C)。特性：與碳素結構鋼相比，夾雜物較少，質量較好。使用狀態：使用前一般都要經過熱處理(滲碳、淬火、回火等)。68應用：低碳鋼主要用于冷加工和焊接結構，在制造受磨損零件時，可進行表面滲碳。中碳鋼主要用于強度要求較高的機械零件，根據要求的強度不同，進行淬火和回火處理。高碳鋼主要用于制造彈簧和耐磨損機械零件。這類鋼一般都在熱處理狀態下使用。有時也把其中的"65"、"70"、"85"、"65Mn"四個牌號稱為優質碳素彈簧鋼。優質碳素結構鋼產量較高，用途較廣。多軋制或鍛制成圓、方、扁等形狀比較簡單的型材，供使用單位再加工成零、部件來使用。這類鋼一般需經正火或調質等熱處理后使用，多用于制作機械產品一般的結構零、部件。69典型優質碳素鋼的應用08F鋼：碳質量分數低，塑性好，強度低，軋成薄板，主要用于冷沖壓件如家電、汽車和儀表外殼等。20鋼：冷塑性變形和焊接性好可用于強度要求不高的零件及滲碳零件，例如機罩、焊接容器，小軸、螺母、墊圈及滲碳齒輪等。45鋼：經調質后可獲得良好的綜合力學性能，中碳鋼主要用于受力較大的機械零件，如齒輪、連桿、軸等。65鋼(65Mn)鋼：具有較高的強度；可用于制造各種彈簧、機車輪緣、低速車輪等。70優質碳素結構鋼牌號熱處理力學性能表71薄板72734、碳素工具鋼共有七個牌號：T7~T13①成分特點：高碳(0.65~1.35%C)，隨含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韌性下降。碳素工具鋼帶碳素工具鋼材料74②熱處理及組織熱處理：正火+球化退火+淬火+低溫回火球化退火目的：降低硬度，便于機加工；為淬火作組織準備。使用狀態下的組織：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)

球狀珠光體T12鋼正常淬火組織75③特點是生產成本低，加工性能優良、強度、硬度較高，耐磨性好，但塑韌性較差。④應用：由于碳素工具鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。此類鋼一般以退火狀態供應市場。木工鑿手錘木工鉆76T7~T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等。T10~T11：制造低速切削工具如鉆頭、絲錐、車刀等。T12~T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。絲錐銼刀手鋸條鉆頭77碳素工具鋼的牌號、化學成分、性能和用途表785、鑄造碳鋼牌號表示方法：用“鑄”和“鋼”兩字漢語拼音字母字首“ZG”后加兩組數字表示，第一組數字表示屈服點的最低值，第二組數字表示抗拉強度的最低值。例如ZG200-400，表示σs≥200MPa，σb≥400MPa的鑄鋼。特性：鑄鋼碳的質量分數一般為0.15~0.6%C。鑄鋼的鑄造性能比鑄鐵差，但力學性能比鑄鐵好應用：鑄鋼主要用于制造形狀復雜，力學性能要求高，而在工藝上又很難用鍛壓等方法成形的比較重要的機械零件，例如汽車的變速箱殼，機車車輛的車鉤和聯軸器等。79變速箱殼聯軸器80工程用鑄造碳鋼的牌號、化學成分、力學性能及應用816、易切削結構鋼易切削結構鋼具有小的切削抗力、對刀具的磨損小，切屑易碎、便于排除等特點，主要用于成批大量生產的螺柱、螺母、螺釘等標準件，也可用于輕型機械如自行車、縫紉機、計算機零件等。加入硫、錳、磷等合金元素，或加入微量的鈣、鉛能改善其切削加工性能。易切削結構鋼常用牌號有：Y12，Y12Pb、Y15、Y30、Y40Mn、Y45Ca等，鋼號中首位字母“Y”表示鋼的類別為易切削結構鋼，其后的數字為碳質量的萬分之幾，末位元素符號表示主要加入的合金元素（無此項符號的鋼表示為非合金易切削鋼）。82易切削鋼應用837、低合金耐候鋼低合金耐候鋼具有良好的耐大氣腐蝕的能力，是近年來我國發展起來的新鋼種。此類鋼主要加入的合金元素有少量的銅、鉻、磷、鉬、鈦、鈮、釩等，使鋼的表面生成致密的氧化膜，提高耐候性。常用的牌號有：09CuP、09CuPCrNi等。這類鋼可用于農業機械、運輸機械、起重機械、鐵路車輛、建筑、塔架等構件，也可制作鉚接和焊84四、滲碳鋼制造滲碳零件的鋼種。1、性能要求(1)表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強度，即表硬里韌。(2)良好的熱處理性能，如淬透性和滲碳能力。滲碳爐滲碳件—傳動齒輪852、成分特點(1)低碳：0.1~0.25%C(2)合金元素作用：①提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B②強化鐵素體：Cr、Mn、Ni③細化晶粒：W、Mo、Ti、V高精密獨立導柱863、熱處理特點滲碳件的加工工藝路線為：下料→鍛造→正火→機加工→滲碳→淬火+低溫回火。滲碳后，滲碳件表層為0.8~1.0%的高碳成分，保證高硬度、高耐磨性；心部保持原始成分，保證良好的韌性和足夠的強度。正火目的為調整硬度，便于切削加工。淬火溫度一般為：Ac1+30~50℃。4、使用狀態下組織表層：高碳M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)；心部：低碳M回+F(淬透)F+S(未淬透)875、常用鋼號及用途低淬透性鋼：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油機的活塞銷、凸輪軸等。中淬透性鋼：20CrMnTi。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。柴油機凸輪軸活塞銷(20Cr)88高淬透性鋼：18Cr2Ni4WA，用于大載荷的耐磨件，如柴油機曲軸。增壓柴油機曲軸汽車變速箱齒輪89常用合金滲碳鋼的牌號、化學成分、熱處理、力學性能及用途

90五、調質鋼調質后使用的鋼種。1、性能要求(1)良好的綜合力學性能.(2)良好的淬透性。曲軸912、成分特點(1)中碳：0.3~0.5%C(2)合金元素作用：①提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B②強化鐵素體:Mn、Si、Cr、Ni③細化晶粒:Ti、V④防止第二類回火脆性:W、Mo破碎機主軸連桿923、熱處理及組織特點調質件的加工工藝路線為：下料→鍛造→退火→粗加工→調質→精加工→裝配。調質目的：獲得良好綜合力學性能為提高表面耐磨性，調質后可進行表面淬火或氮化。使用狀態下的組織為：主體：S回；表層：M回回火索氏體調質處理車間934、常用鋼號及用途低淬透性鋼：D0油<30~40mm，常用45、40Cr,用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等。中淬透性鋼：D0油≈40~60mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。高淬透性鋼：D0油>60mm，常用40CrNiMo，用于制造大截面重載荷零件，如曲軸等。單缸汽車曲軸94常用合金調質鋼的牌號、化學成分、熱處理、力學性能及用途95六、彈簧鋼制造彈簧或類似性能零件的鋼種。1、性能要求彈簧是利用彈性變形儲存能量或緩和沖擊的零件。(1)高的

s

，

s

/

b

；高的

-1；足夠的韌性。(2)高的淬透性。962、成分特點(1)中高碳：碳素彈簧鋼為0.6~0.9%C合金彈簧鋼為0.45~0.7%C(2)合金元素作用：①提高淬透性、強化鐵素體：Mn、Si、Cr②

提高

s/

b：Si③細化晶粒：V汽車減振板彈簧973、熱處理及組織特點(1)冷成型彈簧：冷拔→冷成型(卷簧)→定型處理→

去應力退火(250~300℃)，用于鋼絲直徑<φ10mm彈簧。(2)熱成型彈簧：熱成型→淬火+中溫回火使用狀態下的組織：T回用于大截面彈簧(>φ10mm)汽車板簧淬火線冷卷螺旋壓縮彈簧984、彈簧的表面質量彈簧的表面質量對其壽命影響很大。提高表面質量的方法：①防止表面脫碳；②避免表面缺陷；③進行噴丸處理，使表面產生壓應力。板簧噴丸處理示意圖995、常用鋼號及用途Si、Mn彈簧鋼，如65Mn、60Si2Mn，用于制造較大截面彈簧。Cr、V彈簧鋼，如50CrV，用于大截面、大載荷、耐熱的彈簧。大型熱卷彈簧汽車板簧100常用合金彈簧鋼的牌號、化學成分、熱處理、力學性能及用途101七、滾動軸承鋼用于制造軸承套和滾動體的專用鋼種。1、性能要求軸承工作時，承受接觸應力(達3000~3500MPa)、周期性交變載荷(頻率達數萬次/分)和摩擦。(1)高而均勻的硬度和耐磨性。(2)高的

b和接觸疲勞強度。(3)足夠的韌性、淬透性和耐蝕性。圓柱滾子軸承自動調心球軸承1022、成分特點(1)高碳：0.95~1.10%C(2)合金元素：以Cr為主，加入Mn、Si。Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性。Cr還提高耐磨性（形成合金滲碳體）和耐蝕性。當>1.65%Cr時，會因A’增加而使硬度和穩定性下降。推力球軸承滾針軸承1033、熱處理和組織特點滾動軸承鋼是過共析鋼。熱處理：球化退火+淬火+低溫回火球化退火目的為降低硬度，改善切削性能，獲得P球。(2)組織：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)淬火后進行冷處理(-60~-80℃),可以減少A’、穩定尺寸。軸承生產車間1044、常用鋼號及用途應用最廣的是GCr15，大量用于大中型軸承；大型軸承用GCr15SiMn。這類鋼還可用于制造模具、量具等。滾針軸承滾柱軸承滾珠軸承大型軸承向心球軸承105常用軸承鋼的牌號、化學成分、熱處理及用途106八、耐磨鋼是指在沖擊載荷作用下發生沖擊硬化的高錳鋼，有五個牌號：ZGMn13-1/2/3/4/5。1、成分特點(1)高碳：1.0~1.3%C，以保持高耐磨性。(2)高錳：11~14%Mn，以保證形成奧氏體組織。高錳鋼鑄件高錳鋼1072、熱處理及組織鑄態組織為奧氏體+碳化物，性能硬而脆。熱處理采用水韌處理，即將鋼加熱到1100℃，使碳化物溶入奧氏體，并進行水淬。室溫組織為過飽和單相奧氏體。高錳鋼水韌處理組織澆鑄高錳鋼件1083、使用及用途水韌處理后，韌性高，硬度低，使用時必須伴隨著壓力和沖擊作用。在壓力及沖擊作用下，表面奧氏體迅速加工硬化，形成馬氏體并析出碳化物，使表面硬度提高到500~550HB，獲得高耐磨性。而心部仍為奧氏體組織，具有高耐沖擊能力。顎式破碎機挖掘機109高錳鋼廣泛用于既要求耐磨又要求耐沖擊的零件。如拖拉機的履帶板、球磨機襯板、破碎機牙板、挖掘機鏟齒和鐵路轍岔等。履帶球磨機襯板挖掘機鏟齒鐵路轍岔破碎機牙板110耐磨鑄鋼中外牌號近似對照表111九、工具鋼工具鋼用于制造各種工具。按用途分為：刃具鋼模具鋼量具鋼刃具量具模具1121、刃具鋼用來制造各種切削刀具的鋼種。(a)車削外圓(b)銑削平面(c)刨削平面(d)鉆孔(e)磨削外圓113性能要求①高硬度(≥60HRC)，主要取決于含碳量。②高耐磨性：靠高硬度和析出細小均勻硬碳化物來達到。③高熱硬性：即高溫下保持高硬度的能力。④足夠的韌性：以防止脆斷和崩刃。切削加工114(1)低合金工具鋼由碳素工具鋼基礎上加入少量合金元素(≤3~5%)形成，制作低速刃具。

①高碳：0.75~1.5%C(高的含碳量保證高硬度及形成足夠的碳化物，提高耐磨性和熱硬性。)②合金元素作用：提高淬透性：Cr、Mn、Si提高耐回火性：Si提高耐磨性、細化晶粒：W、V銑刀鉸刀115③熱處理及組織同碳素工具鋼，只是淬火介質為油(碳素工具鋼為水)。使用狀態下的組織為：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)④常用鋼號及用途應用最多的是9SiCr。用于制造形狀復雜、要求變形小的低速刃具，如絲錐、板牙等。絲錐板牙低合金工具鋼扳手116常用刃具鋼的牌號、化學成分、熱處理、力學性能及用途117(2)高速鋼（俗稱鋒鋼）制造高速切削刃具用鋼。①性能特點：高熱硬性(600℃)、高淬透性。②成分特點高碳：0.70~1.5%C合金元素作用：提高淬透性：Cr提高熱硬性、耐磨性：W、Mo、V高速鋼冷軋鋼帶高速鋼型材118③加工與熱處理加工工藝路線：下料→鍛造→退火→機加工→淬火→回火→磨削高速鋼是萊氏體鋼，其鑄態組織為亞共晶組織，由魚骨狀萊氏體與樹枝狀M+T組成，脆性大且無法熱處理改善。W18Cr4V鋼的鑄態組織119鍛造目的：打碎粗大的魚骨狀碳化物，使其均勻分布于基體中。退火目的：降低硬度，便于切削加工。退火后組織：S+顆粒狀碳化物W18Cr4V鋼的退火組織120淬火目的：獲得高合金元素含量的馬氏體。因此淬火溫度高(>1200℃)。淬火后組織：M+未溶碳化物(~10%)+A’(~20%)W18Cr4V鋼的淬火組織121④回火目的：主要為減少A’。消除內應力、穩定組織。常用560℃三次回火。回火時的組織變化：析出W、Mo、V的碳化物，產生二次硬化。碳及合金元素含量下降，Ms點上升，回火冷卻時，A’轉變為M。每次回火加熱都使前一次的淬火馬氏體回火。高速鋼硬度與回火溫度關系122高速鋼熱處理工藝示意圖123⑤使用狀態下組織：

M回+顆粒狀碳化物+A’（少量）W18Cr4V鋼淬火、回火后的組織124不同狀態下W18Cr4V的組織鑄態淬火回火態淬火態退火態125⑥常用鋼號及用途常用鋼號為W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。用于高速切削刃具，如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。車刀銑刀高速鋼銑刀齒輪滾刀孔鉆126常用高速鋼的牌號、化學成分、熱處理及用途

1272、模具鋼用以制造冷、熱模具的鋼種，根據模具的工作條件，模具鋼分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩類。

(1)冷作模具鋼①冷作模具：常溫下使金屬或非金屬變形的模具。工作溫度一般不超過200~300℃，如冷沖、冷鐓、冷擠壓等。②性能要求：高硬度(58~62HRC)。高耐磨性(特別是表面抗磨損能力)。足夠的強度(包括抗拉、抗壓和抗彎強度)。足夠的韌性和疲勞抗力。高淬透性，熱處理變形小。128冷沖壓件冷沖模具③成分特點：高碳(1.4~2.3%C)；高鉻(11.5~13%Cr)合金元素：Cr、W、Mo、V等(Cr提高淬透性，W提高回火穩定性，Mo、V提高耐磨性，細化晶粒)④熱處理特點：

碳素工具鋼低合金工具鋼球化退火(+機加工)+淬火+低溫回火129Cr12型冷模具鋼的熱處理方案：一次硬化法工藝：低溫淬火(950~1000℃)+低溫回火(150~180℃)性能：高硬度(61~64HRC)，高耐磨性，韌性較好。應用：重載模具。二次硬化法工藝：高溫淬火(1100~1150℃)+510~520℃多次回火。性能：硬度60~62HRC，紅硬性和耐磨性較高，韌性較差。應用：受強烈磨損，工作溫度在400~450℃的模具。Cr12型鋼熱處理后組織：為M回+碳化物+A’130⑤常用鋼種：T10、9Mn2V、9SiCr、CrWMn－小型、輕載模具。Cr12、Cr12MoV－大型復雜重載高精度、高耐磨模具。高速鋼－熱硬性要求高的模具。131常用冷作模具鋼的牌號、化學成分、熱處理及用途132(2)熱作模具鋼①熱作模具：使加熱的固態或液態金屬在壓力下成形的模具，一般工作溫度在400~600℃之間。常用作熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等。②性能要求：高的熱硬性和高溫耐磨性；高的抗氧化性能；高的熱強性和足夠的韌性；高的熱疲勞抗力；高的淬透性和導熱性。擠壓模具133③成分特點：中碳(0.3~0.6%C)，保證高強度、高韌性、較高的硬度(35~52HRC)和較高的熱疲勞抗力。合金元素：Cr、Ni、Mn、W、Mo、V等。合金元素的作用：提高淬透性(Cr、Ni、Mn、Si、W、Mo)提高回火穩定性(Cr、Ni、Mo、W、V)提高高溫強度、耐熱疲勞性能(Mo、W、V)細化晶粒、增加鋼的韌性(Ni、V)防止第二類回火脆性(Mo、W)134④熱處理特點：預備熱處理：完全退火或等溫退火最終熱處理：熱鍛模——淬火后模面中溫回火、模尾高溫回火，以保證模面硬度較高的要求，并避免模尾因韌性不足而脆斷。回火后組織：T回+S回壓鑄模——較高溫度淬火+略高于二次硬化峰值的溫度多次回火(3~4次)，以保證熱硬性。回火后組織：M回+粒狀碳化物135熱鍛模具熱擠壓模具型板壓鑄模壓鑄工藝136汽車四缸壓鑄模137常用熱作模具鋼的牌號、化學成分、熱處理及用途

1383、塑料模具鋼性能要求：塑料模具所受的應力和磨損較小，主要失效形式為模具表面質量下降，因此應具備以下性能：①良好的加工性能，在較高預硬硬度(28~35HRC)，便于進行切削加工或電火花加工，易于蝕刻各種圖案、文字和符號；②良好的拋光性，模具拋光后表面達到高鏡面度(一般Ra值為0.1~0.012μm)；③較高的硬度(熱處理后硬度應超過45~55HRC)，良好的耐磨性，足夠的強度和韌性；④熱處理變形小(保證精度)、良好的焊接性(便于進行模具焊補)等。139常用塑料模具鋼由于塑料模對力學性能的要求不高，所以材料選擇有較大的機動性，分為預硬型、非合金型、整體淬硬型、滲碳型、耐腐蝕型等。常用鋼號有3Cr2Mo，45，50，T7，T8，9Mn2V，20Cr，9Cr18等。注塑模具140常用塑料模具鋼的牌號、性能及用途

1414、量具鋼制造各種量具用鋼。如千分尺、卡尺、塊規、塞規等。(1)性能要求量具在使用過程中與被測零件接觸，承受摩擦和沖擊。①高硬度和耐磨性。②高的尺寸穩定性。③足夠的韌性。卡尺千分尺142(2)量具用鋼①低碳鋼滲碳、中碳鋼表面淬火。②碳素工具鋼、低合金工具鋼。兩者用于尺寸小、形狀簡單、精度要求不高的量具。③滾動軸承鋼、冷作模具鋼。用于制造精密量具。④不銹鋼用于制造接觸腐蝕介質的量具。量塊電子卡尺143(3)量具鋼的熱處理特點①淬火前預備熱處理采用球化退火或調質處理。②下限溫度淬火及冷處理。目的是減少A’。③長時間低溫時效，以消除內應力，降低馬氏體的正方度。量規塞尺144(4)常用量具鋼：高精度量具(如塊規)可采用Cr2，CrWMn等量具刃具鋼制造，也可用軸承鋼(如GCr15)制造；簡單量具(如卡尺、樣板、直尺、量規等)多用碳素工具鋼(如T10A)；要求精密并須防止腐蝕的量具，采用不銹鋼3Cr13、9Cr18。145十、特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學性能的鋼。1、不銹鋼在腐蝕介質中具有耐蝕性能的鋼。(1)金屬的腐蝕：金屬的腐蝕分化學腐蝕和電化學腐蝕。①化學腐蝕：金屬與介質(干燥氣體和非電解質溶液)直接發生化學反應而產生的腐蝕，稱為化學腐蝕。例如氧化。②電化學腐蝕：金屬與介質(電解質溶液，即酸、堿、鹽溶液)由于形成原電池，比較活潑的金屬失去電子而被氧化，使陽極發生溶解而產生的腐蝕，稱為電化學腐蝕。電化學腐蝕是金屬腐蝕的主要形式。146

電化學腐蝕的過程：兩種金屬(Fe-Cu)放入電解液，由于電極電位不同而形成原電池。電極電位低的金屬(Fe)為陽極，電極電位高的金屬(Cu)為陰極。Fe-Cu原電池原理圖H2SO4水溶液FeCu－＋H2eFe2+陰極陽極陽極金屬(Fe)不斷被溶解，轉變為離子態而進入電解液中，同時有電子從陽極流向陰極而形成電流。而陰極金屬不會被腐蝕，當得到電子后便放出氫氣。陽極：Fe－2e→Fe2+陰極：2H++2e→H2147

合金中的原電池：在合金中，由于組成合金的相不同，而不同相的電極電位有高有低，因此就會形成無數個原電池。例如鋼中的珠光體，是由F和Fe3C組成的，F的電極電位低，為陽極；Fe3C的電極電位高，為陰極。如果鋼的表面覆蓋了酸性介質(如酸雨)，則作為陽極的F(鋼的基體)就會被腐蝕掉，從而造成鋼的腐蝕。珠光體腐蝕示意圖陽極陰極148不同組織、成分、應力區域之間都可構成微電池。149(2)防止金屬電化學腐蝕的措施①獲得均勻的單相組織。例如：加入＞9%Ni，室溫下可獲得單相奧氏體組織。加入＞13%Cr，室溫下可獲得單相鐵素體組織。②提高合金的電極電位。例如：加入＞13%Cr，Fe的電極電位從-0.56V躍增至0.2V。③使表面形成致密的鈍化膜。例如：加入Cr、Al、Si可在金屬的表面形成致密的氧化膜，將金屬與介質分隔開。150(3)不銹鋼的工作條件、失效方式及性能要求性能要求：①良好的耐蝕性。②良好的力學性能。③良好的工藝性能。④價格低廉。化學成分特點不銹鋼的Wc=0.08~0.95%C，主加元素為Cr、Cr-Ni，輔加元素為Ti、Nb、Mo、Cu、Mn、N。碳的變化范圍很大，一方面從耐蝕性的角度來看，碳含量越低越好。因為碳會與鉻形成碳化物Cr23C6，沿晶界析出，使晶界周圍基體嚴重貧鉻，造成沿晶界發展的晶間腐蝕。大多數的不銹鋼的Wc=0.1~0.2%C。另一方面從力學性能的角度來看，碳含量越高，鋼的強度、硬度、耐磨性會相應地提高。同時要相應提高鉻含量，以保證形成碳化物后基體含鉻量仍Wcr＞12%。151鉻是不銹鋼中最重要的合金元素，鉻在氧化性介質中極易鈍化，生成致密的氧化膜，使鋼的耐蝕性大大提高。鎳為擴大奧氏體區元素，配合鉻調整組織形式，當Wcr≤18%，WNi＞8%時，獲得單相奧氏體不銹鋼，稱18-8型。鈦、鈮優先與碳形成碳化物，避免晶界貧鉻，從而減輕鋼的晶間腐蝕傾向。鉬、銅的加入，可提高鋼在非氧化性酸中的耐蝕性。錳、氮的加入為了部分取代鎳，以降低成本。不銹鋼種類：不銹鋼常按組織狀態分為馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼等。另外，可按成分分為：鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳氮不銹鋼等。

152(1)馬氏體不銹鋼碳含量：0.1~0.45%，鉻含量：12~14%主要是Cr13型不銹鋼，鋼號為1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13，隨含碳量提高，強度、硬度提高，耐蝕性下降。①1Cr13、2Cr13熱處理：淬火+高溫回火使用狀態下的組織：S回不銹鋼棒葉片1531Cr13、2Cr13具有耐大氣、蒸汽腐蝕能力及良好的綜合力學性能。用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽輪機葉片、水壓機閥等。透平轉輪154②3Cr13、4Cr13熱處理：淬火+低溫回火。使用狀態下的組織：M回。具有較高強度、硬度。用于要求耐蝕、耐磨件，醫療器械、量具等。155(2)鐵素體不銹鋼典型鋼號如0Cr13、1Cr17等。①成分：高鉻低碳，wc%＜0.15，wCr%=12~30%。②鐵素體不銹鋼在加熱、冷卻時不發生組織轉變，組織始終為F，因此不能通過熱處理進行強化。鐵素體不銹鋼可采用冷塑性變形，通過加工硬化提高強度。③組織：單相鐵素體。鐵素體不銹鋼水加熱器156④性能特點耐酸蝕，抗氧化能力強，塑性好。但有脆化傾向。

475℃脆化：加熱到450~550℃停留，產生脆化，再加熱到600℃快冷可消除。

相脆化：在600~800℃長期加熱時，析出硬而脆的

相。鋼中σ相157⑤用途廣泛用于硝酸、氮肥、磷酸工業中的耐蝕零件。硝酸生產裝置鐵素體不銹鋼制品158(3)奧氏體不銹鋼低碳：wc%＜0.15%；合金元素：18%Cr、8~11%Ni。主要是18-8(18Cr-8Ni)型不銹鋼，如1Cr18Ni9TiTi的作用：防止晶間腐蝕。①性能特點：具有良好的耐蝕性，冷熱加工性及可焊性。高的塑韌性，無磁性。②熱處理：

固溶處理：1050~1150℃水冷，獲得單相A。

穩定化處理：850~900℃、2~4h空冷，形成TiC。

去應力處理：300~350℃。159③常用鋼種為1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti，廣泛用于制造各類耐腐蝕的結構零件，如化工設備及管道等。反應釜大型化工儲罐(304)熱交換器(316L)160④晶間腐蝕沿晶界發生的腐蝕稱為晶間腐蝕。

產生晶間腐蝕的原因(晶界貧鉻理論)：Cr的碳化物Cr23C6沿晶界析出，導致晶界附近基體貧鉻(即wCr降低)，使耐蝕性顯著下降。

防止晶間腐蝕的措施：

加入Ti：Ti與C的親和力遠大于Cr與C的親和力，Ti優先與C形成TiC，避免Cr23C6的形成，從而防止晶間腐蝕。

降低碳含量：降低wc可減少Cr23C6的形成。161奧氏體不銹鋼晶界的Cr23C6析出晶間腐蝕162晶間腐蝕破壞304不銹鋼消火栓齒輪架163⑤應力腐蝕奧氏體不銹鋼易發生應力腐蝕。即在特定合金環境體系中，應力與腐蝕共同作用引起的破壞。應力腐蝕易在含Clˉ的介質中發生，裂紋為樹枝狀。發生應力腐蝕奧氏體不銹鋼管道內壁應力腐蝕裂紋1642、耐熱鋼耐熱鋼是指在高溫下具有一定強度和抗氧化、耐腐蝕能力的鋼種。(1)性能要求①高的抗氧化性指鋼在高溫下對氧化作用的抗力。鋼中加入Cr、Si、Al可形成致密穩定的氧化膜，阻礙氧進一步擴散，提高抗氧化性。②高的熱強性熱強性是指金屬在高溫下的強度。指標為蠕變強度和持久強度。蠕變指金屬在高溫低于σs的應力下所發生的極其緩慢的塑性變形。165飛機發動機過熱器氣輪機葉片166(2)提高高溫強度的途徑:①固溶強化；②析出強化；③晶界強化(加入B、Zr等降低晶界能量)高溫合金中的A析出相高溫合金中的彎曲晶界裂紋中止于晶界顆粒狀析出物167

常用耐熱鋼(1)珠光體耐熱鋼常用鋼號為15CrMo、12Cr1MoV，是低合金鋼。①合金元素作用Cr提高抗氧化性，Mo提高熱強性(T再)，V彌散強化。渦輪機殼鋼制法蘭168②熱處理：正火+高溫回火③組織：F+P④用途：600℃以下的鍋爐零件，壓力容器，熱交換器等。煙管式鍋爐169(2)馬氏體耐熱鋼常用鋼號為1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2①合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性;Mo提高熱強性(T再);V彌散強化。②熱處理：調質。③組織：S回汽輪機葉片170④用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽輪機葉片；4Cr9Si2是汽車閥門用鋼。汽車閥門鍋爐安全泄壓閥(2Cr13)171(3)奧氏體耐熱鋼最典型鋼號是1Cr18Ni9Ti，工作溫度：600~700℃。Cr的作用是提高抗氧化性，Ni的作用是獲得單相奧氏體，Ti的作用是彌散強化。熱處理采用固溶處理，組織為單相A。主要用于過熱器管道等。過熱器管排過熱器集箱172常用耐熱鋼的牌號、化學成分、熱處理、力學性能及用途

173鋼號鋼種合金元素的主要作用熱處理特點使用狀態下組織Q345低合金高強度結構鋼Mn:強化F，增加P量，降低冷脆轉變溫度熱軋空冷F+P65Mn彈簧鋼Mn:提高淬透性，強化F淬火+中溫回火T回ZGMn13耐磨鋼Mn:獲得單相A組織水韌處理表:M+碳化物心:A20Cr滲碳鋼Cr:提高淬透性，強化F滲碳+淬火+低溫回火表:M回+顆粒狀碳化物+A’心:M回+F40Cr調質鋼Cr:提高淬透性，強化F調質處理S回9SiCr低合金工具鋼Cr:提高淬透性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)GCr15滾動軸承鋼Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蝕性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)1Cr13馬氏體不銹鋼Cr:提高耐蝕性淬火+高溫回火S回5CrNiMo熱作模具鋼Cr、Ni:提高淬透性，強化F淬火+高溫回火S回Mo:防止高溫回火脆性Cr12MoV冷作模具鋼Mo:細化晶粒，提高耐磨性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)W18Cr4V高速鋼V:提高耐磨性、熱硬性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)1Cr18Ni9Ti不銹鋼Ti:防止晶間腐蝕固溶處理A1744.2

鑄鐵鑄鐵是含碳量大于2.11%C并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。鑄鐵與鋼的主要區別在于鑄鐵比碳鋼含有更高的碳和硅，同時硫、磷含量也較高。一般鑄鐵的成分范圍是：Wc=2.5~4.0%，Wsi=1.0~2.5%，Wmn=0.5~1.4%，Wp≤0.3%，Ws≤0.15%。175鑄鐵是人類使用最早的金屬材料之一，具有生產方法簡便，成本低廉，性能優良等特點，至今仍使用廣泛。(1)鑄鐵的特點優點：①熔點低、流動性好，具有優良的鑄造性能。②良好的切削加工性、減震性。③生產設備、工藝簡單，成本低。缺點：強度、塑性和韌性比鋼差。(2)鑄鐵的應用通常性能要求一般、形狀特殊的機器底座、床身、箱體、端蓋、支架等機件可用灰鑄鐵件制造。形狀復雜的曲軸、凸輪軸、大型減速齒輪等可用球墨鑄鐵件制造。176一、鑄鐵的分類與石墨化1、鑄鐵的分類碳在鑄鐵中可能以滲碳體(Fe3C)或石墨(G)形式存在，根據碳的存在形式，鑄鐵可分為：白口鑄鐵、灰口鑄鐵、麻口鑄鐵。(1)白口鑄鐵：白口鑄鐵中，碳除少量溶入鐵素體外，絕大部分以滲碳體的形式存在。因斷口呈銀白色，故稱白口鑄鐵。白口鑄鐵硬度高，脆性大，難以切削加工，故很少直接用來制造機械零件，主要用作煉鋼原料、可鍛鑄鐵的毛坯，以及不需切削加工、要求硬度高和耐磨性好的零件，如軋輥、犁鏵及球磨機的磨球等。177白口鑄鐵178(2)灰口鑄鐵：灰口鑄鐵中，碳主要以石墨的形式存在，斷口呈灰色。這類鑄鐵是工業上最常用的鑄鐵。根據其石墨的存在形式不同，灰口鑄鐵可分為如下四類性能不同的鑄鐵件：a)灰鑄鐵：碳主要以片狀石墨形式存在的鑄鐵。b)可鍛鑄鐵：碳主要以團絮狀石墨形式存在的鑄鐵。c)球墨鑄鐵：碳主要以球狀石墨形式存在的鑄鐵。d)蠕墨鑄鐵：碳主要以蠕蟲狀石墨形式存在的鑄鐵。a)灰鑄鐵b)可鍛鑄鐵c)球墨鑄鐵d)蠕墨鑄鐵179(3)麻口鑄鐵：麻口鑄鐵中，碳一部分以石墨存在，另一部分以滲碳體存在，斷口呈黑白相間，這類鑄鐵的脆性較大，故很少使用。此外，為了進一步提高鑄鐵的性能，在鑄鐵中加入一種或多種合金元素(Cr、Cu、W、Al、B等)可得到合金鑄鐵，如耐磨鑄鐵、耐蝕鑄鐵、耐熱鑄鐵等。麻口鑄鐵1802、鑄鐵的石墨化及影響因素(1)石墨化過程

Fe3C是亞穩相，在一定條件下將發生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨)按Fe-Fe3C雙重相圖，鑄鐵在結晶過程中，隨著溫度的下降，各溫度階段都有石墨析出。石墨是碳的單質之一，含碳量為100%C，是穩定相，為特殊的簡單六方晶格。其強度、塑性、韌性幾乎為零。石墨的晶體結構181鐵碳合金雙重相圖(Fe-Fe3C和Fe-G)182①概念鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程稱為石墨化。石墨化過程是一個原子擴散的過程，溫度越低，原子擴散越困難，越不易石墨化。鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外，主要以化合態的滲碳體(Fe3C)和游離態的石墨(G)兩種形式存在。結晶時，若各階段石墨化能充分或大部分進行，則能獲得常用的灰口鑄鐵，反之將會得到白口鑄鐵。②石墨化過程鑄鐵中的石墨可以在結晶過程中直接析出，也可以由滲碳體加熱時分解得到。183石墨化分兩個階段：第一階段石墨化：在P’S’K’線以上發生的石墨化過程。包括結晶時一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加熱時一次滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解。首先從液體結晶形成石墨，包括過共晶鑄鐵液體按勻晶轉變方式形成一次石墨：L→GⅠ1154℃(E’C’F’線)通過共晶反應形成共晶石墨：L→A+G1154~738℃溫度范圍內，由奧氏體析出二次石墨：A→GⅡ738℃(P’S’K’線)通過共析反應析出共析石墨：A→F+G加熱時的石墨化：Fe3C→3Fe+C184第二階段石墨化：在P’S’K’線以下發生的石墨化過程。包括冷卻時共析石墨的析出和加熱時共析滲碳體的分解。在高溫條件下，由于原子具有較高的擴散能力，第一階段石墨化比較容易進行。但在較低溫度下進行的第二階段石墨化，則常因鑄鐵的成分或冷卻條件的不同可能全部或部分受到抑制，從而得到不同的基體組織。石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同。185鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關系

（以共晶鑄鐵為例）石墨化進行程度鑄鐵的顯微組織鑄鐵類型第一階段石墨化第二階段石墨化完全進行完全進行F+G灰口鑄鐵部分進行F+P+G未進行P+G部分進行未進行L’d+P+G麻口鑄鐵未進行未進行L’d+P+Fe3C白口鑄鐵186(2)影響石墨化的因素①化學成分的影響C和Si是強烈促進石墨化的元素。C、Si含量過低，易出現白口組織，力學性能和鑄造性能變差。C、Si含量過高，會使石墨數量多且粗大，基體內鐵素體量增多，降低鑄件的性能。SiC白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵共晶C、Si含量對鑄鐵石墨化的影響187鑄鐵中的磷共晶C、Si量控制范圍：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。P雖然可促進石墨化，但其含量高時易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低鑄鐵的強度，只有耐磨鑄鐵中磷含量偏高(達0.3%以上)。188Mn，S阻礙石墨化過程Mn溶于Fe3C中，可增加Fe與C的結合力，阻礙Fe3C的分解，從而阻止石墨化。少量的S就能與Fe或Mn形成FeS或MnS，以FeS-Fe共晶形式分布于晶界，阻礙C原子擴散；S還可以降低鐵水的流動性，惡化鑄件性能。合金元素的作用：Al、C、Si、Ti、Ni、Cu、P、Nb、Mn、Mo、S、Cr、V、Fe、Mg等，Nb為中性元素，Nb之前的為